传感器与自动检测技术
第1章 认识传感器与自动检测系统测讲解
1.2 认识传感器
（2）灵敏度
灵敏度是指传感器输出量的变化量ΔY与引起此变化的 输入量的变化量ΔX之比，用K表示，即
K
输出量的变化量 输入量的变化量
=
Y X
对于线性传感器来说，它的灵敏度K是个常数。
第1
迟滞是指在相同的工作条件下，传感器正行程特性曲线和反行程 特性曲线的不一致程度，如图1-4所示。
图1-6 传感器的阶跃响应曲线
上升时间tr：指输出值上升到稳 态值的90%所需的时间。
响应时间ts：指输出值进入稳定 值所规定的范围内所需的时间。
峰值时间tp：指输出值到达最大 值使所需的时间。
超调量σ：指输出量最大值y（tp ）与稳态值的最大偏差与稳态值之
比。
第1章 认识传感器与自动检测系统
1.2 认识传感器
第1章 认识传感器与自动检测系统
1.2 认识传感器
1.2 认识传感器
1.2.1传感器的组成及其分类
传感器是能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输 出信号（一般为的电信号）的器件或装置。
1．传感器的组成
传感器一般由敏感元件、转换元件、基本转换电路和辅助电源组 成，如图1-2所示。
图1-2 传感器的基本组成
迟滞大小一般要由实验方法确定，其值用正反行程输出值间最大
偏差ΔLmax对满量程输出ym的百分比表示：
t
Lmax ym
100%
图1-4 迟滞特性
第1章 认识传感器与自动检测系统
1.2 认识传感器
（4）重复性
重复性是衡量在同一工作条件下，对同一被测量进行多次连续测 量所得结果之间的不一致程度的指标，如图1-5所示。产生不一致的 原因与产生迟滞现象的原因相同。多次重复测试的曲线越重合，说明 该传感器重复性好，使用时误差越小。
传感器与检测技术 吴旗
传感器与自动检测技术吴旗绪论：在现代工业生产中，为了检查、监督和控制某个生产过程或运动对象，使它们处于所选工况的最佳状态，就必须掌握描述它们特性的各种参数，这就首先要测量这些参数的大小、方向和变化速度等。
所谓检测，就是人们借助于仪器、设备，利用各种物理效应，采用一定的方法，将客观世界的有关信息通过检查与测量获取定性或定量信息的认识过程。
这些仪器和设备的核心部件就是传感器。
传感器是感知被测量(多为非电量)，并将其转化为电量的一种器件或装臵。
检测包含检查与测量两个方面，检查往往是获取定性信息，而测量则是获取定量信息。
一、自动检测技术在国民经济中的地位中国有句古话“工欲善其事，必先利其器。
”用这句话来说明自动检测技术在现代科学技术中的重要性是很恰当的，所谓“事”，就是指发展现代科学技术的伟大事业，而“器”则是指利用自动检测技术而制造的仪器、仪表和工具等。
所以说自动检测技术是科学实践和生产实践的必要手段，它的水平高低也是科学技术现代化的重要标志，它在发展国民经济中的作用也就不言而喻了。
近年来，随着家电工业的兴起，自动检测技术已进入人们的日常生活。
例如：电冰箱中的温度传感器、监视煤气溢出的气敏传感器、防止火灾的烟雾传感器、防盗用的光电传感器，等等。
在机械制造工业中，通过对机床的加工精度、切削速度、床身振动等许多静态、动态参数进行在线测量，可控制加工质量。
在化工、电力等行业中，如果不随时对生产王艺过程中的温度、压力、流量等参数进行自动检测，生产过程就无法控制，甚至产生危险。
在交通领域，一辆现代化汽车所用的传感器多达数十种，用以检测车速、方位、转矩、振动、油压、油量和温度等。
在国防科研中检测技术用得更多，许多尖端的检测技术都是因国防工业需要而发展起来的。
例如：研究飞机的强度，就要在机身、机翼上贴几百片应变片，并进行动态特性的测试。
有人把计算机比喻为人的大脑的延续，称之为“电脑”，而把传感器比喻为人的感觉器官的延续，称之为“电五官”(视、听、昧、嗅、触)。
传感器与自动检测技术(余成波主编)课后部分答案
一、1.1什么是传感器？传感器特性在检测技术系统中起什么作用？答：（1）能感受（或响应）规定的被测量，并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
（2）传感器是检测系统的第一个环节，其主要作用是将感知的被测非电量按一定的规律转化为某一种量值输出，通常是电信号。
1.2画出传感器系统的组成框图，说明各环节的作用。
答：（1）被测信息→敏感元件→转换元件→信号调理电路→输出信息其中转换元件、信号调理电路都需要再接辅助电源电路；（2）敏感元件：感受被测量并输出与被测量成确定关系的其他量的元件；转换元件：可以直接感受被测量而输出与被测量成确定关系的电量；信号调理电路与转换电路：能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录和控制的有用电路。
1.3什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？如何用公式表征这些性能指标？答：（1）指检测系统的输入、输出信号不随时间变化或变化缓慢时系统所表现出得响应特性。
（2）性能指标有：测量范围、灵敏度、非线性度、回程误差、稳定度和漂移、重复性、分辨率和精确度。
（3）灵敏度：s=&y/&x；非线性度=B/A*100%；回程误差=Hmax/A*100%；不重复性Ex=+-&max/Yfs*100%；精度：A=&A/ Yfs*100%；1.4什么是传感器的灵敏度？灵敏度误差如何表示？答：（1）指传感器在稳定工作情况下输出量变化&y对输入量变化&x的比值；（2）灵敏度越高，测量精度就越大，但灵敏度越高测量范围就越小，稳定性往往就越差。
1.5什么是传感器的线性度？常用的拟合方法有哪几种？答：(1)通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线，在实际工作中，为使仪器（仪表）具有均匀刻度的读数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线，线性度就是这个近似程度的一个性能指标。
（2）方法有：将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为一条拟合直线；将与特性曲线上个点偏差的平方和为最小理论直线作为拟合直线，此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。
传感器与自动检测技术 胡向东 教案
传感器与自动检测技术胡向东教案传感器与自动检测技术胡向东教案1. 介绍传感器与自动检测技术的背景和意义1.1 传感器的定义和作用传感器是一种能够感知和测量物理、化学或生物量的设备，广泛应用于各个领域，包括工业制造、医疗健康、环境监测等。
1.2 自动检测技术的定义和作用自动检测技术是通过传感器等装置实现对目标对象的实时、连续、准确检测和监测的技术，能够提高生产效率、降低成本、提高产品质量等。
1.3 传感器与自动检测技术的决定因素传感器与自动检测技术的发展受到多个因素的影响，包括科技进步、市场需求、应用场景等。
2. 传感器与自动检测技术的分类与原理2.1 传感器的分类2.1.1 按测量物理量分类：温度传感器、压力传感器、光学传感器等。
2.1.2 按传感原理分类：电学传感器、光学传感器、磁性传感器等。
2.2 自动检测技术的原理自动检测技术的实现主要通过传感器的感知获得目标对象的相关信息，并通过算法处理和分析实现对目标对象状态的判断和检测。
3. 传感器与自动检测技术的应用领域3.1 工业制造领域3.1.1 生产过程监测与控制传感器与自动检测技术可以实时监测和控制生产过程中的参数和状态，提高生产效率和产品质量。
3.1.2 安全监测与预警通过传感器与自动检测技术可以及时检测和预警生产环境中的异常情况，保障工作人员的安全。
3.2 医疗健康领域3.2.1 生命体征监测传感器与自动检测技术可以实时监测和记录患者的生命体征数据，为医疗诊断和治疗提供依据。
3.2.2 健康管理与远程监护通过传感器与自动检测技术可以实现对个人的健康状态进行实时监测和管理，并能够实现远程医疗服务。
3.3 环境监测领域3.3.1 空气质量监测传感器与自动检测技术可以实时监测和评估大气中的污染物浓度，为环境保护提供数据支持。
3.3.2 水质监测通过传感器与自动检测技术可以对水体的PH值、溶解氧含量等关键参数进行实时监测和评估。
4. 传感器与自动检测技术的挑战与发展趋势4.1 挑战4.1.1 技术问题传感器与自动检测技术在应对复杂环境、多参数检测等方面仍存在一定难题。
传感器与自动检测技术课程设计
传感器与自动检测技术课程设计一、课程设计目的本课程设计着眼于培养学生的传感器技术及自动检测技术的应用能力，通过课程设计，学生将学会传感器的基本原理及其在自动检测领域中的应用，同时能运用相应的软件和硬件开发平台进行课程设计。
二、课程设计基础在本课程设计中，学生需要掌握基本的模拟电路、数字电路、C语言编程及微机原理等方面的知识。
通过前置课程学习，学生具有一定的电路分析及硬件调试经验，能够独立完成简单电路的设计和搭建。
三、课程设计内容3.1 传感器及自动检测技术介绍通过本章学习，学生能具有一定的传感器概念并能了解传感器的基本构造、原理、种类等相关内容，同时对自动检测技术有一定的认识，并且对自动检测技术中的传感器应用进行了解。
3.2 基本电路构建与仿真该章的学习目的是让学生掌握如何进行基本电路的构建及仿真，包括单一电阻、二极管、晶体管、运算放大器等常用的电路，同时了解不同电路之间的联系和构建方法。
3.3 信号处理在学习完基本的电路构建和仿真之后，本章让学生掌握如何对传感器采集的数据进行信号处理，包括滤波、放大、数字化等处理方法。
学习过程中需要学生掌握不同的信号处理方法的原理以及相应的应用场景。
3.4 传感器应用与实践学习完基本的传感器构造、原理、信号处理后，学生需要对传感器的应用进行实践，主要包括对温度、湿度、光强度等一些常见的参数进行采集、处理、显示等操作。
3.5 课程设计总结在课程结束时，学生需要撰写一篇技术报告来总结本次课程设计的学习成果，报告需要包括本次课程设计的目的、内容、难点、解决方案等相关内容。
学生需要运用Markdown文本格式来撰写技术报告。
四、课程设计考核本次课程设计考核主要包括两个部分：4.1 设计方案及过程报告学生需要提交本次课程设计的设计方案及过程报告，包括选题背景、设计目的、方案设计、实验结果及分析、成果验证、实验参数及数据记录，以及对实验结果的分析与总结等内容。
4.2 课程设计评分针对本次课程设计，考核分为实验报告及现场答辩两个环节，实验报告占60分，现场答辩占40分。
传感器与自动检测技术-吴旗 (3)
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
1. 补偿方法 （1）仪表调零修正法
在t0基本不变的情况下，仪表预先机械调零到t0
处，即仪表预先输入E（t0，0℃）则指针指向t0 。
指针被预 调到室温
（40 C ）
可补偿冷 端损失
（2）根据中间导体定律：U1＝U0
EAB(t,t1)＝U1＝U0，根据中间温度定律
EAB(t, 0℃)＝EAB(t,t1)＋EAB(t1, 0℃) ＝U0＋EAB(50℃, 0℃)＝1109μV
直接查表可得温度t =160 ℃
《传感器与自动检测技术》吴旗主编 高等教育出版社 高等教育电子音像出版社 出版发行
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
二、热电偶的种类及结构 1. 热电偶的结构
➢热电极 ➢绝缘套管 ➢保护套管 ➢接线盒
热电偶外形和结构图
《传感器与自动检测技术》吴旗主编 高等教育出版社 高等教育电子音像出版社 出版发行
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
接线盒 引出线套管
热电偶工作端（热端）
不锈钢保护管
《传感器与自动检测技术》吴旗主编 高等教育出版社 高等教育电子音像出版社 出版发行
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
§3－1 热电偶传感器
热处理温控系统动画演示
《传感器与自动检测技术》吴旗主编 高等教育出版社 高等教育电子音像出版社 出版发行
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
一、热电偶传感器的工作原理
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
传感器与自动检测技术
（第二版）
主编 吴旗
高等教育出版社 高等教育电子音像出版社
传感器与自动检测技术 胡向东 教案
传感器与自动检测技术胡向东教案一、教学目标1.了解传感器的基本原理和分类；2.掌握传感器在自动检测技术中的应用；3.能够分析传感器的特点和优缺点，选择合适的传感器应用于实际工程中。
二、教学内容1.传感器基本原理和分类；2.自动检测技术中的传感器应用；3.传感器特点分析及选择方法。
三、教学重难点1.重点：掌握传感器在自动检测技术中的应用；2.难点：分析传感器的特点和优缺点，选择合适的传感器应用于实际工程中。
四、教学方法1.讲授法：介绍传感器的基本原理和分类，以及在自动检测技术中的应用；2.案例分析法：通过实际案例分析，让学生深入了解不同类型传感器的特点和优缺点，并选择合适的传感器应用于实际工程中。
五、教学过程【第一部分】一、引入（5分钟）老师简单介绍什么是传感器，并且激发学生对于该课程内容的兴趣。
二、知识讲解（20分钟）1.传感器基本原理和分类（1）传感器的定义（2）传感器的基本原理（3）传感器的分类2.自动检测技术中的传感器应用（1）自动化生产线上的应用（2）智能家居中的应用（3）智能交通系统中的应用【第二部分】三、案例分析（30分钟）1.温度传感器和光电传感器在智能家居中的应用；2.压力传感器和声音传感器在自动化生产线上的应用；3.红外线传感器和超声波传感器在智能交通系统中的应用。
四、总结归纳（5分钟）老师对于今天所学习到内容进行总结，让学生更好地理解该课程内容。
【第三部分】五、练习与答疑（10分钟）老师针对学生提出问题进行解答，并且让学生进行简单练习，巩固所学知识。
六、作业布置（5分钟）老师布置作业：要求同学们选择一个实际工程，分析该工程需要使用哪种类型的传感器，并且写出具体实现方案。
六、教学评价标准：1.掌握传感器的基本原理和分类；2.了解传感器在自动检测技术中的应用；3.能够分析传感器的特点和优缺点，选择合适的传感器应用于实际工程中。
七、教学资源1.教材：《传感器技术与应用》（第二版）；2.多媒体课件：PPT课件。
《传感器与自动检测技术(第4版)》教学教案(模块2)
《单元1 电阻应变式传感器》教案《单元2 电位器式传感器》教案课题单元2 电位器式传感器教学目的1、理解电位器式传感器的工作原理2、了解电位器式传感器的应用场合及应用案例教学重点电位器式传感器的工作原理、应用案例教学难点电位器式传感器的工作原理教学资源多媒体教学课件、电位器式传感器实物教学手段多媒体课堂教学、实物演示教学教学过程及教学内容教学方法引入单元2 电位器式传感器电位器式传感器具有结构简单、输出信号大、使用方便、价格低廉、测量位移范围适中、测量精度尚可、动态响应一般等特点，大量用于普通机械、注塑机等行程测量与控制中。
【图例】注塑机行程检测图示及动画【实物演示】电位器式传感器实物演示提纲挈领法图例展演法实物展演法概念分析一、电位器式传感器的工作原理【动画】电位器式传感器工作原理动画电位器式传感器是一种把机械的线位移和角位移输入量转换为与它成一定函数关系的电阻和电压输出的传感器。
推到可得：U0与x的非线性关系完全是由负载电阻RL的接入而引起的。
二、电位器式传感器的应用场合电位器式传感器常常应用在注塑机、压铸机、吹瓶机、制鞋机、木工机械、印刷机械、包装机械、纸品机械、机械手、飞机操舵、船舶操舵、IT设备等自动化控制领域。
一般此类传感器行程从10mm至2500mm。
根据使用场合电位器式传感器可分为：KTC型、KTF型、KPC型、KPM型、KTM型、KTR型和KFM型。
动画展演法图示推演法循序渐进法案例分析【应用案例1】电子油门控制系统【图示】电子油门控制系统主要由油门踏板、踏板电位器角位移传感器、ECU（电控单元）、数据总线、伺服电动机和节气门执行机构组成。
电子油门系统可以设置各种功能来改善驾驶的安全性、舒适案例教学法图示讲演法iO xmxxU U-11）（+=《单元3 热电阻传感器》教案4．各类热电阻【图示】小型铂热电阻；防爆型铂热电阻；汽车用水温传感器；可设定温度的温度控制箱。
二、热电阻的接线方式热电阻的引线主要有二线制、三线制和四线制三种接线方式。
传感器与自动检测技术重难点学习指导
《传感器与自动检测技术》重难点及学习指导第一章传感器与自动检测技术的基本概念重难点：测量误差与精度学习指导：掌握绝对误差和相对误差的定义和物理意义，理解精度等级的确定，能对测量误差进行估算和对仪表的精度等级及量程进行正确的选用。
第二章电阻式传感器重难点1：应变效应和桥式测量转换电路学习指导：在理解纵向应变和横向应变的基础上掌握应变效应，理解各类电桥工作方式和性能，注意“相邻臂相减、相对臂相加”的原则，通过不同的组合方式，可提高灵敏度，消除非线性误差及温度效应的影响。
重难点2：压阻式传感器测量转换电路与温度补偿学习指导：测量转换电路恒压源与恒流源供电方式的比较，选择合适的供电方式；提高测量精度减小零点漂移和灵敏度温度漂移的问题，进行零点温度补偿和灵敏度温度补偿。
第三章变阻抗式传感器重难点1：差分变压器的工作原理和测量转换电路的作用学习指导：差分变压器把被测位移量转换为线圈间的互感变化，输出交流电压，通过测量转换电路，可消除零点残余电压，并判别位移方向。
重难点2：电涡流式传感器的工作原理学习指导：在理解涡流效应的基础上，掌握传感器把被测量转换为线圈的阻抗，最大特点是非接触测量。
重难点3：电容式传感器的测量电路学习指导：变间隙式电容传感器采用差分接法的桥式电路（即变压器电桥电路）后，位移量与电容的非线性关系转换为位移量与输出交流电压的线性关系，但还应经过相敏检波才能判别位移方向；脉冲宽度调制电路的输出直流电压与电容变化量成线性关系，不论是对于变面积式或变极距式电容传感器均能获得线性输出，也能判别位移方向。
第四章光电式传感器重难点1：光电效应和光电传感器的工作原理学习指导：理解光电效应和对应光电元件的特性及使用场合，掌握光电传感器的四种应用类型，注意光源与光电元件在光谱特性上应基本一致，及在模拟量的检测中如何削弱或消除背景光及温度等因素的影响。
重难点2：光纤传感器的工作原理及使用学习指导：了解光纤的传光原理，功能型光纤传感器和非功能型光纤传感器的区别，光纤传感器的实际应用。
传感器与自动检测技术习题参考答案
2.042 4 1 32.33
2 1
即：
n
2.04 11.55 2
上式中仅有正号才有意义，故
2f f 2.181 即： f 2.181 f 0 2.181 10 21.81kHz 2f 0 f 0 故此传感器的工作频率为 21.81kHz 。
6
接口部分等，但并不是所有的检测任务都包括以上几个部分。
数据显示、记录、分析、综合、判断、决策、监控
通信接口和总线
底层显示分析处理
┅
底层显示分析处理
信号调理电路
┅
信号调理电路
传感器
┅
传感器
自动检测系统的结构形式有串联、并联和混合三种形式。
第二章习题参考解
2.1 什么是测量误差？测量误差有几种表示方法？各有什么用途？ 答：测量误差是测量过程的不完善或测量条件的不理想，从而使测量结果偏离真值，即：测量结果 与被测量真值之差。测量误差=测量结果-真值 测量误差可表示为四种形式： （1）绝对误差:被测量的测量值 X 与其真值 A0 之差称之为测量绝对误差 X ，简称误差，即
1
1.3 什么是传感器的静态特性？它有哪些性能指标？如何用公式表征这些性能指标？ 答：传感器的静态特性是它在稳态信号作用下的输入—输出关系。所描述的是指测量时，检测系统 的输入、输出信号不随时间变化或变化很缓慢。 通常用来描述静态响应特性的指标有测量范围、灵敏度、非线性度、回程误差、稳定度和漂移、 精度、可靠性、分辨率、灵敏阀等。 测量范围：检测系统能正常测量的最小输入量和最大输入量之间的范围。 灵敏度：灵敏度指输出的增量与输入的增量之比，即
?是用被测量的绝对误差x?与其约定真值a之比值的百分比来表示的即x???a?是用被测量的绝对误差x?与仪器示值x之比值的百分比来表示的即x??x3引用误差又称满度相对误差?为测量仪器仪表的绝对误差?与仪器满度值x??0a之差称之为测量绝对误差a?x?简称误差即0量所得的示值a代替真值实际相对误差a100a?示值相对误差x100x??引用误差ffsx之比值的百分比来表示的即100ffsx??4分贝误差分贝误差定义为
传感器与自动检测技术
成分量传感器 如：气敏传感器等
状态量传感器 如：各种接近开关 等 探伤传感器等 如：超声波探伤仪等
模拟传感器 （3）按输出量种类来分 数字传感器 直接传感器 （4）按传感器结构来分 差动传感器
补偿传感器
（2）命名
传感器常常按工作原理及被测量性质两种分 类方式合二为一进行命名。 例如：①电感式位移传感器 ②光电式转速计 ③压电式加速度计 光电式转速计
弹簧管受力动画演示
（2）波纹管
压力p
自由端的位移x
波纹管示意图
波纹管受力动画演示
（3）等截面薄板 压力 p 或者 压力 p 应变ε 等截面薄板示意图 位移 x
（4）波纹膜片和膜盒 压力差p 位移x 膜盒示意图
（5）薄壁圆筒和薄壁半球 压力 p 应变ε
薄壁圆筒和薄壁半球示意图
光敏电阻
铂电阻测温传感器
解：按最坏的情况考虑，每次误差都达到技术指标 规定的极限值，即： 基本误差 x1 1.25% 附加误差 x 2 0.5%
x x1 x 2 (1.25% 0.5%) 1.75%
求其均方根值为：
x
2 xi
1.25 % 0.5% 1.35 %
例：木块刚度小，铁块刚度大 2．灵敏度
dx K 1/ k dF
弹性特性曲线图
灵敏度为常数，此弹性特性是线性
二、弹性敏感元件的形式及应用范围 等截面轴 变换力 1．弹性敏感 元件的形式 环状弹性敏感元件 悬臂梁
扭转轴
弹簧管 波纹管 变换压力 等截面薄板 波纹膜片和膜盒 薄壁圆筒和薄壁半球
2．变换力的弹性敏感元件 （1）等截面轴 力F 应变ε
等截面轴示意图
等截面轴受 力动画演示
《传感器与自动检测技术(第4版)》教学教案(模块4)
《单元1 热电偶传感器》教案《单元2 霍尔式传感器》教案课题单元2 霍尔式传感器教学目的1、了解霍尔元件的工作原理及结构、霍尔式传感器的应用类型2、熟悉霍尔式传感器的应用教学重点霍尔元件的工作原理和霍尔式传感器的应用教学难点霍尔传感器工作原理及应用教学资源多媒体教学课件，霍尔元件实物教学手段多媒体课堂教学，实物演示教学教学过程及教学内容教学方法引入单元2 霍尔式传感器现在霍尔元件已广泛应用于非电量检测、自动控制、电磁测量、计算装置以及现代军事技术等各个领域中。
【实物演示】霍尔元件实物演示提纲挈领法实物展演法概念分析一、霍尔元件的工作原理及结构1．霍尔效应【动画】霍尔效应动画演示分析可得霍尔电压U H为2．材料及结构特点【图示】霍尔元件示意图；霍尔元件外形图霍尔元件结构很简单，是一种半导体四端薄片，它由霍尔片、引线和壳体组成。
3．基本电路在实际使用时，I或B或两者同时作为信号输入，而输出信号则正比于I或B或两者乘积。
注意：建立霍尔效应的时间短（约10-12s～10-14s之间），所以控制电流为交流时频率可以很高（几千兆赫）。
二、霍尔式传感器的分类和应用类型1．霍尔式传感器的分类霍尔式传感器可分为开关型和线性型两种。
线性霍尔传感器又可分为开环式和闭环式。
2．应用类型霍尔式传感器主要有三个方面的应用类型（1）霍尔电势正比于磁感强度（2）霍尔电势正比于激励电流（3）霍尔电势正比于激励电流与磁感应强度乘积动画演示法结果展示法图示讲演法概念讲演法概念讲演法IBKnedIBUHH＝《单元3压电式传感器》教案【提问】压电式传感器能用于静态测量吗？2．测量转换电路压电式传感器的输出为电荷信号或电压信号，与之匹配的转换电路也有电荷放大器和电压放大器两种。
由于电压放大器中的输出电压与电缆电容有关，故采用电荷放大器。
【图示】电荷放大器等效电路；电荷放大器外形图电荷放大器输出电压U O与压电元件电荷Q 的关系式为：结论探究法 图示讲演法 公式讲演法 应用介绍三、压电式传感器的结构和应用 1．压电元件常用的结构形式 压电片有串联和并联两种接法。
传感器与自动检测技术
测量误差补偿
1）不等位电势如图3.94所示，由制造工艺缺陷造成不等位电势出现的主要原因有：
第37页/共123页
测量误差补偿
2）寄生直流电势当霍尔元件通以交流激励电流而不加外磁场时，霍尔电势除了交流不等位电压外，还有直流电势分量，此直流电势分量称为寄生直流电势。其产生的主要原因有：①激励电极与霍尔电极接触不量，形成非欧姆接触，造成整流效果；②霍尔电极的焊点大小不等或不对称，则两电极点的热容量不同而引起温差，产生内部温差电势。
第42页/共123页
测量误差补偿
2）恒压源供电和输入回路串联电阻当霍尔元件采用恒压源供电时，且霍尔输出端处于开路状态，可在输入回路中串联补偿电阻R来进行补偿，补偿电路如图3.97所示。
第43页/共123页
测量误差补偿
第44页/共123页
3.11 光纤传感器
光纤的结构和传光原理光纤传感器基本原理及类型光纤传感器的调制光纤传感器的应用
光电耦合器件
（1）光电隔离器 光电隔离器由一发光二极管和光敏晶体管封装在同一个管壳内组成，在装配上要使LED辐射能量能有效地耦合到光敏晶体管上。 选用哪种形式的光电隔离器要根据使用要求和目的来确定当然在实用中都应尽量选用结构简单的组合形式的器件，且无论选用何种组合形式，均要使发光元件与接收元件的工作波长相匹配，保证器件具备较高的灵敏度。
第45页/共123页
光纤的结构和传光原理
（1）光纤的结构 光导纤维，简称光纤，是一种用于传输光信息的多层介质结构的对称圆柱体，其基本结构包括纤芯、包层和涂敷层等，它的结构如图3.99所示。
第46页/共123页
光纤的结构和传光原理
2）光纤的传光原理 根据几何光学理论，当光线以某一较小的入射角θl，由折射率较大的光密物质射向折射率较小的光疏物质时，则一部分入射光以折射角θ2折射入光疏物质，其余部分以θl角度反射回光密物质，根据光的折射定律，光折射和反射之间关系为：
传感器与自动检测技术课后答案
如果A、B两种导体（热电极）分别与第三种导体C
返回
上页
下页
图库
第8章
（参考电极）组成的热电偶在结点温度为（T，T0 ）
时分别为EACT, T0和EBC T, T0，那么受相同温度下，
又A、B两热电极配对后的热电势为
E A B T ,T 0 E A C T ,T 0 E B C T ,T 0
b 有一定的可编程自动化能力。包括指令和数据 存储、自动调零、自检等。
返回
上页
下页
图库
第10章
c 功能广。智能传感器可以有多种形式输出，通 过串口、并口、面板数字控制数或CRT显示，并配打 印机保存资料。
d 功能价格比大。在相同精度条件下，多功能智 能传感器比单功能普通传感器性能价格比大。
答：三条途径：非集成化实现、集成化实现和混合实 现。
返回
上页
下页
图库
第6章
答：某些电介质在沿一定的方向受到外力的作用变形 时，由于内部电极化现象同时在两个表面上产生符 号相反的电荷，当外力去掉后，恢复到不带电的状 态；而当作用力方向改变时，电荷的极性随着改变。 晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。这 种现象称为正压电效应。反之，如对晶体施加一定 变电场，晶体本身将产生机械变形，外电场撤离， 变形也随之消失，称为逆压电效应。
使用时，两片压电芯片上必须有一定的预紧力， 以保证压电组件在工作中始终受到压力作用，同时 可消除两片压电芯片因接触不良而引起的非线性误 差，保证输出信号与输入作用力间的线性关系
返回
上页
下页
图库
第6章
因此需要测量电路具有无限大的输入阻抗。但实 际上这是不可能的，所以压电传感器不宜作静态测 量，只能在其上加交变力，电荷才能不断得到补充， 并给测量电路一定的电流。故压电传感器只能作动 态测量。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
返回
上页
下页
3.9.4 电荷耦合器件（CCD）
▪ 2）读出移位寄存器
a) 势阱耦合与电荷转移
b) 控制时钟波形图
返回
上页
下页
3.9.4 电荷耦合器件（CCD）
（2）CCD传感器的应用 ▪ CCD传感器利用光敏元件的光电转换功能将
透射到光敏元件上的光学图像转换为电信号 “图像”，即光强的空间分布转换为与光强 成比例的、大小不等的电荷包空间分布，然 后经读出移位寄存器的移位功能将电信号 “图像”转送，并输出放大器输出。依照其 光敏元件排列方式的不同，CCD传感器主要 分为线阵、面阵两种。
图 3.78 计算机与外设互连电路
返回
上页
下页
3.9.3 光电耦合器件
3）提高驱动能力。采用如达林顿电路和可控硅 输出型等形式的光电隔离器，不但可以实现 隔离作用，而且还具有较强的带负载的能力， 利用这类光电隔离器，微机输出信号可以直 接驱动负载。
返回
上页
下页
3.9.3 光电耦合器件
（2）光电开关 光电开关是通过把光的强度变化转变为电信号变化， 并以此来实现控制的一种电子开关。对金属或非金 属都能作出反应，无机械磨损，无电火花，是一种 安全、可靠、长寿命、无触点的开关。在一些简单 的自动控制场合，因输入信号往往是开关信号（高 电平或低电平），其控制量也是开关量，即接通电 源或断开电源等，故可用电子开关在一定距离内检 测物体的有无。
+ Vcc1 1kΩ
+ Vcc2 1kΩ
输出
V1
1kΩ
输入
20kΩ
图 3.77 传输隔离电路示意图
返回
上页
下页
3.9.3 光电耦合器件
2）实现电平转换。
Vc +5V +12V
R2 74LS04
1 输入信号 (来自微机)
R1
输出 (去执行机构)
G
R2
来自机 械系统
+5V R1
去微机
G
a) 控制输出
b) 信息输入
▪ 3）作为自动化流水线装置中的敏感器件，例如可 用于机床、自动售货机、自动搬运车以及自动监视 装置等方面。
返回
上页
下页
3.9.4 电荷耦合器件（CCD）
▪ 当所用光源含红外光时，可在透镜与传感器 之间加红外滤光片。若所用光源过强时，可 再加一滤光片。
▪ 利用几何光学知识，可以很容易地推导出 被测对象长度L与系统诸参数之间的关系：
返回
上页
下页
3.9.3 光电耦合器件
发
收
发 被检测物体
a) 对射式光电开关
收 反光板
b) 反光板反射式光电开关 图 3.79 光电式光电开关工作示意图一
返回
上页
反光板
下页
3.9.3 光电耦合器件
▪ 光电开关以其结构和工作方式的不同，可分 为沟式、对射式、反光板反射式、扩散反射 式、聚焦式、光纤式等类型。
返回
上页
下页
3.9.4 电荷耦合器件（CCD）
▪ 在非电量的测量中，CCD传感器的主要用途大致可 归纳为以下三个方面：
▪ 1）组成测试仪器，可以测量物位、尺寸、工件损 伤、自动焦点等。
▪ 2）用作光学信息处理装置的输入环节，例如用于 传真技术、光学文字识别技术(OCR)与图像识别技 术、光谱测量及空间遥感技术、机器人视觉技术等 方面。
返回
上页
下页
3.9.4 电荷耦合器件（CCD）
▪ MOS光敏元结构及其势阱
返回
上页
下页
3.9.4 电荷耦合器件（CCD）
▪ （1）电荷耦合器件原理 ▪ 电荷耦合器件分为线阵器件和面阵器件两种，其基
本组成部分是MOS光敏元列阵和读出移位寄存器。 ▪ CCD最基本结构是一系列彼此非常靠近的相互独立
的MOS电容器，它们按线阵或面阵有规则地排列， 且用同一半导体衬底制成，衬底上面覆盖一层氧化 物，并在其上制作许多金属电极，各电极按三相 （也有二相和四相）配线方式连接。
11 1 ab f
M b np aL
L 1 np ( a 1)np Mf
返回
上页
下页
3.9.4 电荷耦合器件（CCD）
12 4
驱动 电路
3 放大
计数、
L
运算、
显示
np
a
b
1－红外滤光片 2－滤光片 3－线阵 CCD 传感器 4－透镜 图 3.83 尺寸测量基本原理
返回
上页
下页
3.9.5 光电式传感器
返回
上页
下页
3.9.4 电荷耦合器件（CCD）
CCD器件有两个特点：一是它在半导体硅片上制有 成百上千个(甚至数百万个)光敏元，它们按线阵或 面阵有规则地排列。当物体通过物镜成像于半导硅 平面上时。这些光敏元就产生与照在它们上面的光 强成正比的光生电荷。二是它具有自扫描能力，亦 即将光敏元上产生的光生电荷依次有规则地串行输 出，输出的幅值与对应的光敏元上的电荷量成正比。 由于它具有集成度高、分辨率高、固体化、低功耗 和自扫描能力等一系列优点。
返回
上页
下页
3.9.3 光电耦合器件
发、收
发、收
a) 扩散反射式光电开关
返回
上页
下页
3.9.3 光电耦合器件
发、收
发、收
聚焦点 被检测物 b) 聚焦式光电开关
光纤
被检测物 c) 光纤式光电开关
返回
上页
下页
3.9.4 电荷耦合器件（CCD）
电荷耦合器件(Charge—Coupled Devices， 简称CCD)是一种在70年代初问世的新型半导 体器件。利用CCD作为转换器件的传感器， 称为CCD传感器，或称CCD图像传感器。
3.9.3 光电耦合器件
光电耦合器（光电隔离器）是利用发光元件与光 敏元件封装为一体组合
返回
&
上页
下页
3.9.3 光电耦合器件
（1）光电隔离器
光电隔离器由一发光二极管和光敏晶体管封装在同一个 管壳内组成，在装配上要使LED辐射能量能有效地耦合到光 敏晶体管上。
▪ 光电式传感器的工作原理如图3.84所示。首 先把被测量的变化转换成光信号的变化，然 后通过光电传感元件变换成电信号。
▪ 这种传感器具有结构简单、隔离性能好、可 靠性高、体积小、重量轻、价廉、灵敏度高 和反应快等优点。在自动化、检测技术领域 应用非常广泛。
选用哪种形式的光电隔离器要根据使用要求和目的来确 定当然在实用中都应尽量选用结构简单的组合形式的器件， 且无论选用何种组合形式，均要使发光元件与接收元件的工 作波长相匹配，保证器件具备较高的灵敏度。
返回
上页
下页
3.9.3 光电耦合器件
▪ 光电隔离器主要应用与以下几个方面：
1）将输入与输出端两部分电路的地线分隔开，并各自使用一 套电源供电